IUT Louis Pasteur Mesures Physiques Capteurs et conditionnement 3ème Semestre Damien JACOB 09-10
Chapitre 1 : La chaîne d acquisition des données I. Description de la chaîne d acquisition de données 1. Rôle d une chaîne d acquisition (ou de mesure) Recueillir les informations nécessaires à la connaissance de l état d un système : o Variables du système (température, pression) o Variables environnementales : influent sur le système (température, champ magnétique) Assigner une valeur à un mesurande Mesurande : grandeur physique ou chimique caractérisant l état d un système. Délivrer ces informations sous une forme appropriée à leur exploitation o Transduction (ex : température signal électrique) o Numérisation (ex : 285 100011101) 2. Constitution Une chaîne d acquisition est généralement constituée des éléments suivants : Souvent associé à une chaîne de restitution : CAPTS chap1 Page 2
Une chaîne d acquisition doit pouvoir assurer les fonctions suivantes : Extraction de l information : capteur Traitement analogique du signal : amplification Sélection d un signal parmi plusieurs : multiplexage Conversion du signal sous forme numérique : échantillonage, numérisation Analyse et exploitation des données : PC Coordination des différentes opérations : PC, automate Capteur : 1 er maillon de la chaîne Interface entre le monde physique et le monde électrique Conversion de l énergie de la grandeur physique en énergie électrique transduction Toujours associé à un circuit électrique de mise en forme conditionneur Amplificateur d entrée : Adopte le niveau du signal fourni par le capteur au reste de la chaîne Filtration d entrée : Limiter le spectre du signal Supprimer les parasites Echantillonneur : Permet de prélever une suite de valeurs discrètes du signal caractérisé par sa vitesse de prélèvement : fréquence d échantillonage CAN : Convertisseur analogique-numérique Transforme la tension (analogique) de l échantillon en un code binaire (numérique) pour le renvoyer vers un PC caractérisé par son nombre de bits CNA : Convertisseur numérique-analogique Transforme le code binaire en échantillons de tensions analogiques Filtrage de sortie : Permet de lisser la tension fournie par le convertisseur Amplificateur de puissance : Adapte le niveau du signal de sortie du CNA (après filtrage) à la charge CAPTS chap1 Page 3
Actionneur : Charge passive (résistance) ou active (moteur) agissant sur le système à monitorer Structure générale d une chaîne d acquisition à plusieurs entrées : II. Emplacement de la chaîne d acquisition Emplacement de la chaîne d acquisition : La chaîne d acquisition est le cœur du système de mesurecontrôle d un procédé. Domaines concernés : III. Caractéristiques d une chaîne d acquisition 1. Caractéristiques métrologiques principales Elles sont imposées par l application envisagée (il faut utiliser l appareillage adapté pour l expérience) CAPTS chap1 Page 4
Etendue de mesure (E.M., phase) : valeurs min et max du mesurande Résolution : plus petite variation mesurable Rapidité : temps de réponse, bande passante Immunité aux parasites : température, électromagnétisme Précision : justesse fidélité (incertitudes) 2. Caractéristiques globales d une chaîne d acquisition Dépendent des caractéristiques de chaque maillon (le maillon le plus faible impose la limitation de la chaîne aux autres) données constructeur, étalonnage 3. Principales sources d erreurs ou d incertitudes Adaptation d impédance Erreur de gain, erreur de linéarité Dérives thermiques Parasites, bruits vieillissement IV. Acquisition de données sur PC 1. Introduction Forte croissance dans tous les secteurs d activités Mesures et analyses de systèmes complexes Régulation de systèmes Fournit des données formatées pour les systèmes d informations 2. Intérêt de l acquisition sur PC Rapidité et puissance : processeur et mémoire RAM Stockage des données à moindre coût : disques durs «énormes» Facilité et confort d utilisation : PC portables, technologie sans fil Outils logiciels : LabView, C, assembleur, Delphi, etc CAPTS chap1 Page 5
3. Eléments constitutifs Capteurs Conditionneurs de signaux Système de conversion Transmission des données vers PC PC Logiciel d acquisition et de traitement V. Carte d acquisition Carte d extension d un PC permettant la conversion analogique-numérique d un ou plusieurs signaux et le transfert des données dans la mémoire du PC Caractéristiques importantes : Nombre d E/S analogiques Nombre d E/S numériques Fréquence d échantillonage, vitesse d acquisition Résolution du nombre de bits Multiplexage des voies Compteurs et timers VI. Le software 1. Le «driver» (ou «logiciel pilote») Logiciel fourni par le constructeur de la carte Permet de contrôler la carte : fréquence, voie d acquisition Librairie des fonctions spécifiques : écritures de nos propres programmes 2. Le langage de haut niveau Permet à l utilisateur de gérer l acquisition et le traitement des données acquises Logiciels «clé en mains» : o Avantage :tout fait o Inconvénients : prix, programme figé CAPTS chap1 Page 6
Programmes «maison» : o Avantages : prix, évolutivité o Inconvénients : à faire, fonctionne? VII. Systèmes de conditionnement Module SCXI : Standard industriel de conditionnement de signaux et d architecture pour l instrumentation et la mesure. Spécificités : Carte de conditionnement modulaire Châssis robuste (compatible avec les environnements industriels) Bus de fond de panier (conditionnement, filtrage, multiplexage, CAN) Sortie compatible avec une carte d acquisition ou sortie RS232 / RS485 Module USB : Nouveau mode de conditionnement et d acquisition de signaux pour l instrumentation et la mesure. Spécificités : Encombrement réduit Connectique simplifiée Parfois logiciel embarqué Sortie compatible avec PC portable CAPTS chap1 Page 7